CN107964941A - 一种同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备，包括切割取土机构和隔离装置，链条环绕于所述驱动链轮、所述切割箱以及所述从动链轮，从而形成闭环链传动；所述隔离装置固定安装于切割箱非迎土侧，刚性隔离罩与切割箱后侧共同限定一空腔，以容纳链条从中穿过，刚性隔离罩两侧和底部安装有弹性隔离体，还包括竖立在地面上的切割箱升降机构，通过升降油缸活塞杆伸缩推动升降滑移框架在桅杆机架上往复运动，驱动动力单元在升降滑移框架的张紧滑轨上直线往复运动。采用该设备可同步进行原状土切割和混凝土浇筑，避免连续墙施工存在施工缝，防渗性不佳的问题。
Description
技术领域
本发明属于建筑施工领域，涉及一种用于地下连续墙施工设备和方法，尤其涉及一种同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备及其施工方法。
背景技术
地下连续墙作为一种基础工程结构体系具有止水防渗和挡土承重的作用，成槽施工通常采用人工制造泥浆进行护壁以确保槽壁稳定。根据墙体强度不同可分为水泥土搅拌连续墙以及钢筋混凝土连续墙，前者一般作为防渗墙和基础加固应用，后者在前者基础上具有更高的结构强度和抗弯性能，可作为深基础围护结构。
对于水泥土连续墙，传统工艺多采用单轴或多轴钻机所形成的柱列式咬合式结构，可插入型钢提高墙体抗弯性能，但型钢排列密度受桩孔间距限制。同时，非等厚的墙体在薄弱处存在渗漏风险。
TRD（Trench cutting and Re-mixing Deep wall methord）工法，又称“地下深层水泥土搅拌等厚连续墙工法”，采用链锯式横向铣削成槽，注浆搅拌成墙，可以形成等厚无缝搭接的水泥土搅拌连续墙，其施工功效，成墙深度、墙体质量均较传统单轴或多轴工艺有显著提升。
对于钢筋混凝土连续墙，一般采用泥浆循环条件下的抓槽或铣槽工艺成槽，然后放置钢筋笼，浇筑混凝土。但由于采用分幅施工，墙体之间存在施工缝搭接，降低了连续墙整体刚度，同时存在渗漏风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备及其施工方法，解决搅拌水泥土连续墙强度受限、难以作为深基础维护结构，以及钢筋混凝土连续墙存在施工缝，防渗性不佳的问题。
一种同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备，包括切割取土机构和隔离装置，
所述切割取土机构包括切割箱，切割箱上侧安装有内置驱动链轮的驱动动力单元，切割箱下侧安装有内置从动链轮的从动轮机构，所述链条环绕于所述驱动链轮、所述切割箱以及所述从动链轮，从而形成闭环链传动；
所述隔离装置固定安装于切割箱非迎土侧，其包括与切割箱搭接的刚性隔离罩，该刚性隔离罩与切割箱后侧共同限定一空腔，以容纳链条从中穿过，所述刚性隔离罩两侧和底部安装有弹性隔离体，所述弹性隔离体施加有预压缩量和预压力使其紧贴于两侧槽壁和槽底；
还包括竖立在地面上的切割箱升降机构，所述切割箱升降机构包括由多种桁架组成的桅杆机架，所述桅杆机架内侧设置有多道升降滑轨，其与升降滑移框架外侧的升降滑块相配合,桅杆机架下部与升降油缸铰接，所述升降油缸的活塞杆端部与所述升降滑移框架的上部铰接，从而通过升降油缸活塞杆伸缩推动升降滑移框架在桅杆机架上往复运动；
所述驱动动力单元安装与升降滑移框架内部，其包括动力单元支座，所述动力单元支座外侧设置多个张紧滑块，相应地，所述升降滑移框架内侧设置有与之配合的多组张紧滑轨，驱动动力单元在升降滑移框架的张紧滑轨上直线往复运动；
进一步地，所述切割箱包括位与顶部的承托节，位于底部的底部节和位于承托节和底部节之间的标准节，所述承托节顶部与接排土机构固定连接，底部与所述标准节固定连接，中部与所述升降滑移框架下端固定连接，从而使得承托节随升降滑移框架一起运动，所述底部节底部与所述从动轮机构固定连接，顶部与标准节固定连接，所述标准节数量大于等于1节，其数量根据地下连续墙深度确定。
进一步地，还包括两端铰接在所述升降滑移框架上部的张紧反力梁，其中部与所述张紧液压缸缸筒端铰接，所述张紧液压缸活塞杆与所述动力单元支座顶部铰接，从而所述紧液压缸伸缩推动驱动动力单元在升降滑移框架上直线往复运动。
进一步地，所述驱动动力单元上安装有至少两组对称布置的驱动马达，以通过传动机构将回转动力输出到所述驱动链轮。
进一步地，还包括位于桅杆机架底部的行走底盘，所述行走底盘包括底盘框架，所述底盘框架顶部与所述桅杆机架底部铰接，所述桅杆机架上部与所述刚性斜撑杆一端铰接，所述刚性斜撑杆另一端与所述调节液压缸缸筒端固定联接，所述调节液压缸活塞杆端与底盘框架铰接，所述刚性斜撑杆和所述调节液压缸组成可调节斜撑，所述可调节斜撑与所述底盘框架铰点、所述可调节斜撑与桅杆机架的铰点，以及桅杆机架与所述底盘框架的铰点，三个铰点连线成直角三角形，组成姿态调节机构，通过所述调节液压缸的伸缩调节所述桅杆机架相对于底盘框架的垂直角度。
优选地，所述地盘框架底部安装有轮组。
优选地，还包括安装在地面上的钢轨，所述轮组在钢轨上行走。
优选地，还包括正向顶推装置和反向顶推装置，所述正向顶推装置与掘进方向后轮组末端铰接，所述反向顶推装置与掘进方向前轮组首端铰接；所述顶推撑靴与所述地上顶推液压缸活塞杆端铰接，其下端支撑于所述钢轨轨面之上，所述正向顶推装置和所述反向顶推装置提供正向及反向推力，从而限制所述底盘框架在掘进时的行走速度。
进一步地，所述切削取土装置包括与链条通过螺栓连接的基板，所述基板上安装有用于切割原土的刀头，以及取土斗。
一种同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备进行作业的施工方法，包括以下步骤：
（1）场地平整及钢轨安装完成后，将切割箱插入地下连续墙设计底标高；
（2）行走底盘向成槽方向移动，切削取土机构开始横向切削土体并将渣土提升至顶部驱动链轮处，渣土受自重作用落入接排土机构并排出；
（3）随着切削取土机构以及隔离装置的横移，隔离装置后方土体产生空槽，同步向空槽内浇筑超缓凝混凝土，流塑状态的超缓凝混凝土对隔离装置以及两侧槽壁形成侧压力，从而提供掘进辅助推力以及平衡侧壁土压力
（4）随着切削取土机构向前掘进，隔离装置后方槽段内的超缓凝混凝土将随之流动并且液面下降，采取间隔时间浇筑的方式使超缓凝混凝土液面维持在地下连续墙设计顶标高一定范围内；
（5）沿成墙方向浇筑一定长度后，在处于流塑状态的超缓凝混凝土中下插钢筋笼，并固定；
（6）重复步骤（4）-步骤（5）,直至施工至该直线段连续墙终点或者转角；
（7）将切割箱、隔离装置逐部提出地面并同步浇筑混凝土，使其填充拔出切割箱、隔离装置产生的空槽，直至全部切割箱、隔离装置提出地面，完成该直线段连续墙的施工。
采用该设备可同步进行原状土切割和混凝土浇筑，避免连续墙施工存在施工缝，防渗性不佳的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备立面侧视图；
图2为本发明的同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备立面正视图；
图3为本发明的同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备轴测图；
图4为本发明的同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备立面侧视剖面图；
图5为本发明的切削取土机构以及接、排土机构立面侧视图；
图6为本发明的切削取土装置侧视图；
图7为本发明的切削取土装置正视图；
图8为本发明的切割箱与隔离装置连接方式一种实施例的示意图；
图9为本发明的切割箱与隔离装置连接方式另一种实施例的示意图；
图10为本发明的行走底盘在钢轨上支撑状态示意图；
图11为本发明的切割箱与隔离装置插入原状土示意图；
图12为本发明的切割箱与隔离装置向前运动，隔离装置后侧浇筑超缓混凝土示意图；
图13为本发明的切割箱与隔离装置继续向前运动，隔离装置后侧浇筑超缓混凝土随之流动示意图；
图14为本发明的切割箱与隔离装置移动一定距离，在流塑状态超缓混凝土中插入钢筋笼示意图。
附图标记：1-切割取土机构、1.1-切割箱、1.1.1-承托节、1.1.2-标准节、1.1.3-底部节、1.2-链条、1.2.1-链条安装孔、1.3切削取土装置、1.3.1-基板、1.3.2-刀头、1.3.3-取土斗、1.3.4-安装螺栓、1.4-驱动动力单元、1.4.1-动力单元支座、1.4.1.1-张紧滑块、1.4.2-驱动马达、1.4.3-传动机构、1.4.4-驱动链轮、1.5-从动轮机构、1.5.1-从动链轮、2-隔离装置、2.1-刚性隔离罩、2.2-弹性隔离体、2.3-地下顶推液压缸、3-钢轨、3.1-反力支点、4-行走底盘、4.1-轮组、4.2-底盘框架、4.2.1-机架支承台、4.3-正向顶推装置、4.3.1-地上顶推液压缸、4.3.2-顶推撑靴、4.4-反向顶推装置、5-切割箱升降机构、5.1-桅杆机架、5.1.1-切割箱升降滑轨、5.2-升降滑移框架、5.2.1-升降滑块、5.2.2-张紧滑轨、5.3-升降油缸、6-链张紧机构、6.1-张紧反力梁、6.2-张紧液压缸、7-接排土机构、7.1-斜槽接土斗、7.2-水平输送机、8-姿态调节机构、8.1-可调节斜撑、8.1.1-刚性斜撑杆、8.1.2-调节液压缸、8.2-主销轴、8.3-支腿千斤顶、9-原状土、10-超缓凝混凝土、11-钢筋笼。
具体实施方式
参考图1到图 3，一种同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备，包括切割取土机构1和隔离装置2，参考图4，所述切割取土机构包括切割箱1.1，切割箱上侧安装有内置驱动链轮1.4.4的驱动动力单元1.4，切割箱下侧安装有内置从动链轮1.5.1的从动轮机构1.5，所述链条1.2环绕于所述驱动链轮、所述切割箱以及所述从动链轮，从而形成闭环链传动；
参考图1，所述隔离装置固定安装于切割箱1.1非迎土侧，其包括与切割箱搭接的刚性隔离罩2.1，该刚性隔离罩与切割箱后侧共同限定一空腔，以容纳链条从中穿过，所述刚性隔离罩两侧和底部安装有弹性隔离体2.2，所述弹性隔离体施加有预压缩量和预压力使其紧贴于两侧槽壁和槽底；
还包括竖立在地面上的切割箱升降机构5，所述切割箱升降机构包括由多种桁架组成的桅杆机架5.1，所述桅杆机架内侧设置有多道升降滑轨5.1.1，其与升降滑移框架5.2外侧的升降滑块5.2.1相配合,桅杆机架下部与升降油缸5.3铰接，所述升降油缸的活塞杆端部与所述升降滑移框架5.2的上部铰接，从而通过升降油缸活塞杆伸缩推动升降滑移框架5.2在桅杆机架5.1上往复运动；
参考图5，所述驱动动力单元1.4安装与升降滑移框架5.2内部，其包括动力单元支座1.4.1，所述动力单元支座外侧设置多个张紧滑块1.4.1.1，相应地，所述升降滑移框架内侧设置有与之配合的多组张紧滑轨5.2.2，驱动动力单元1.4在升降滑移框架5.2的张紧滑轨上直线往复运动；
继续参考图4和图5，所述切割箱包括位与顶部的承托节1.1.1，位于底部的底部节1.1.3和位于承托节和底部节之间的标准节1.1.2，所述承托节顶部与接排土机构7固定连接，底部与所述标准节固定连接，中部与所述升降滑移框架5.2下端固定连接，从而使得承托节1.1.1随升降滑移框架5.2一起运动，所述底部节底部与所述从动轮机构1.5固定连接，顶部与标准节固定连接，所述标准节数量大于等于1节，其数量根据地下连续墙深度确定。所述切割箱位于地面以下的垂直长度即为成槽切削深度。
参考图5，还包括两端铰接在所述升降滑移框架5.2上部的张紧反力梁6.1，其中部与所述张紧液压缸6.2缸筒端铰接，所述张紧液压缸活塞杆与所述动力单元支座1.4.1顶部铰接，从而所述紧液压缸伸缩推动驱动动力单元1.4在升降滑移框架5.2上直线往复运动。
参考图4，所述驱动动力单元1.4上安装有至少两组对称布置的驱动马达1.4.2，以通过传动机构将回转动力输出到所述驱动链轮1.1.4。
参考图1到图3，所述同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备还包括位于桅杆机架底部的行走底盘4，所述行走底盘包括底盘框架4.2，所述底盘框架4.2顶部与所述桅杆机架5.1底部铰接，所述桅杆机架上部与所述刚性斜撑杆8.1.1一端铰接，所述刚性斜撑杆另一端与所述调节液压缸8.1.2缸筒端固定联接，所述调节液压缸活塞杆端与底盘框架4.2铰接，所述刚性斜撑杆8.1.1和所述调节液压缸8.1.2组成可调节斜撑8.1，所述可调节斜撑与所述底盘框架铰点、所述可调节斜撑与桅杆机架的铰点，以及桅杆机架与所述底盘框架的铰点，三个铰点连线成直角三角形，组成姿态调节机构8，通过所述调节液压缸8.1.2的伸缩调节所述桅杆机架5.1相对于底盘框架4.2的垂直角度。
特别地，所述地盘框架4.2底部安装有轮组4.1。
特别地，还包括安装在地面上的钢轨3，所述轮组4.1在钢轨上行走。
参考图2和图10，所述同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备还包括正向顶推装置4.3和反向顶推装置4.4，所述正向顶推装置与掘进方向后轮组末端铰接，所述反向顶推装置与掘进方向前轮组首端铰接；所述顶推撑靴4.3.2与所述地上顶推液压缸4.3.1活塞杆端铰接，其下端支撑于所述钢轨3轨面之上，所述钢轨上设置多个反力支点3.1，其中，所述顶推撑靴的止口卡在钢轨3上的反力支点3.1。所述正向顶推装置和所述反向顶推装置提供正向及反向推力，从而限制所述底盘框架4.2在掘进时的行走速度。
参考图6和图7，所述切削取土装置1.3包括与链条1.2通过螺栓连接的基板1.3.1，所述基板上安装有用于切割原状土的刀头1.3.2，以及取土斗1.3.3。继续参考图4，当进行切割取土时，所述链条1.2及所述切削取土装置1.3在所述驱动链轮1.4.4驱动下顺时针转动，从而原状土被链条机构提升到地面后掉落入接排土机构7的斜槽接土斗中7.1，进而落到所述斜槽接土斗下方的水平输送机7.2，由该输送机向外输送到所需位置进行处理。
所述切削取土装置可有多种形式，刀头的形式，刀头之间的间距，取土斗之间的间距以及基板的长度可根据实际工况进行变化。
参考图8，所述切削取土装置的链条有两组，且两组链条非平行布置。
参考图9，所述切削取土装置的链条有三组，且两组链条平行布置。
同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备进行作业的施工方法，包括以下步骤：
（1）场地平整及钢轨安装完成后，将切割箱1.1插入地下连续墙设计底标高，如图10所示；
（2）行走底盘4向成槽方向移动，切削取土机构1开始横向切削土体并将渣土提升至顶部驱动链轮1.4.4处，渣土受自重作用落入接排土机构7并排出；
（3）随着切削取土机构1以及隔离装置2的横移，隔离装置2后方土体产生空槽，同步向空槽内浇筑超缓凝混凝土10，流塑状态的超缓凝混凝土对隔离装置以及两侧槽壁形成侧压力，从而提供掘进辅助推力以及平衡侧壁土压力，如图11所示；
（4）随着切削取土机构1向前掘进，隔离装置2后方槽段内的超缓凝混凝土10将随之流动并且液面下降，采取间隔时间浇筑的方式使超缓凝混凝土液面维持在地下连续墙设计顶标高一定范围内，如图12所示；
（5）沿成墙方向浇筑一定长度后，在处于流塑状态的超缓凝混凝土10中下插钢筋笼11，并固定，如图13所示；
（6）重复步骤（4）-步骤（5）,直至施工至该直线段连续墙终点或者转角；
（7）将切割箱1.1、隔离装置2逐部提出地面并同步浇筑混凝土，使其填充拔出切割箱、隔离装置产生的空槽，直至全部切割箱、隔离装置提出地面，完成该直线段连续墙的施工。
以上所述的实例仅仅是对本发明的同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备，包括切割取土机构（1）和隔离装置（2），其特征在于，
所述切割取土机构包括切割箱（1.1），切割箱上侧安装有内置驱动链轮（1.4.4）的驱动动力单元（1.4），切割箱下侧安装有内置从动链轮（1.5.1）的从动轮机构（1.5），所述链条（1.2）环绕于所述驱动链轮、所述切割箱以及所述从动链轮，从而形成闭环链传动；
所述隔离装置固定安装于切割箱（1.1）非迎土侧，其包括与切割箱搭接的刚性隔离罩（2.1），该刚性隔离罩与切割箱后侧共同限定一空腔，以容纳链条从中穿过，所述刚性隔离罩两侧和底部安装有弹性隔离体（2.2），所述弹性隔离体施加有预压缩量和预压力使其紧贴于两侧槽壁和槽底；
还包括竖立在地面上的切割箱升降机构（5），所述切割箱升降机构包括由多种桁架组成的桅杆机架（5.1），所述桅杆机架内侧设置有多道升降滑轨（5.1.1），其与升降滑移框架（5.2）外侧的升降滑块（5.2.1）相配合,桅杆机架下部与升降油缸（5.3）铰接，所述升降油缸的活塞杆端部与所述升降滑移框架（5.2）的上部铰接，从而通过升降油缸活塞杆伸缩推动升降滑移框架（5.2）在桅杆机架（5.1）上往复运动。
2.所述驱动动力单元（1.4）安装与升降滑移框架（5.2）内部，其包括动力单元支座（1.4.1），所述动力单元支座外侧设置多个张紧滑块（1.4.1.1），相应地，所述升降滑移框架内侧设置有与之配合的多组张紧滑轨（5.2.2），驱动动力单元（1.4）在升降滑移框架（5.2）的张紧滑轨上直线往复运动；
根据权利要求1所述的同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备，其特征在于，所述切割箱包括位与顶部的承托节（1.1.1），位于底部的底部节（1.1.3）和位于承托节和底部节之间的标准节（1.1.2），所述承托节顶部与接排土机构（7）固定连接，底部与所述标准节固定连接，中部与所述升降滑移框架（5.2）下端固定连接，从而使得承托节（1.1.1）随升降滑移框架（5.2）一起运动，所述底部节底部与所述从动轮机构（1.5）固定连接，顶部与标准节固定连接，所述标准节数量大于等于1节，其数量根据地下连续墙深度确定。
3.根据权利要求1所述的同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备，其特征在于，还包括两端铰接在所述升降滑移框架（5.2）上部的张紧反力梁（6.1），其中部与所述张紧液压缸（6.2）缸筒端铰接，所述张紧液压缸活塞杆与所述动力单元支座（1.4.1）顶部铰接，从而所述紧液压缸伸缩推动驱动动力单元（1.4）在升降滑移框架（5.2）上直线往复运动。
4.根据权利要求1所述的同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备，其特征在于，所述驱动动力单元（1.4）上安装有至少两组对称布置的驱动马达（1.4.2），以通过传动机构将回转动力输出到所述驱动链轮（1.1.4）。
5.根据权利要求1所述的同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备，其特征在于，还包括位于桅杆机架底部的行走底盘（4），所述行走底盘包括底盘框架（4.2），所述底盘框架（4.2）顶部与所述桅杆机架（5.1）底部铰接，所述桅杆机架上部与所述刚性斜撑杆（8.1.1）一端铰接，所述刚性斜撑杆另一端与所述调节液压缸（8.1.2）缸筒端固定联接，所述调节液压缸活塞杆端与底盘框架（4.2）铰接，所述刚性斜撑杆（8.1.1）和所述调节液压缸（8.1.2）组成可调节斜撑（8.1），所述可调节斜撑与所述底盘框架铰点、所述可调节斜撑与桅杆机架的铰点，以及桅杆机架与所述底盘框架的铰点，三个铰点连线成直角三角形，组成姿态调节机构（8），通过所述调节液压缸（8.1.2）的伸缩调节所述桅杆机架（5.1）相对于底盘框架（4.2）的垂直角度。
6.根据权利要求5所述的同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备，其特征在于，所述地盘框架（4.2）底部安装有轮组（4.1）。
7.根据权利要求6所述的同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备，其特征在于，还包括安装在地面上的钢轨（3），所述轮组（4.1）在钢轨上行走。
8.根据权利要求1所述的同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备，其特征在于，还包括正向顶推装置（4.3）和反向顶推装置（4.4），所述正向顶推装置与掘进方向后轮组末端铰接，所述反向顶推装置与掘进方向前轮组首端铰接；所述顶推撑靴（4.3.2）与所述地上顶推液压缸（4.3.1）活塞杆端铰接，其下端支撑于所述钢轨（3）轨面之上，所述正向顶推装置和所述反向顶推装置提供正向及反向推力，从而限制所述底盘框架（4.2）在掘进时的行走速度。
9.根据权利要求1所述的同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备，其特征在于，所述切削取土装置（1.3）包括与链条（1.2）通过螺栓连接的基板（1.3.1），所述基板上安装有用于切割原土的刀头（1.3.2），以及取土斗（1.3.3）。
10.采用权利要求1-9任一条所述的同步切割浇筑混凝土连续墙施工设备进行作业的施工方法，包括以下步骤：
（1）场地平整及钢轨安装完成后，将切割箱（1.1）插入地下连续墙设计底标高；
（2）行走底盘（4）向成槽方向移动，切削取土机构（1）开始横向切削土体并将渣土提升至顶部驱动链轮（1.4.4）处，渣土受自重作用落入接排土机构（7）并排出；
（3）随着切削取土机构（1）以及隔离装置（2）的横移，隔离装置（2）后方土体产生空槽，同步向空槽内浇筑超缓凝混凝土（10），流塑状态的超缓凝混凝土对隔离装置以及两侧槽壁形成侧压力，从而提供掘进辅助推力以及平衡侧壁土压力
（4）随着切削取土机构（1）向前掘进，隔离装置（2）后方槽段内的超缓凝混凝土（10）将随之流动并且液面下降，采取间隔时间浇筑的方式使超缓凝混凝土液面维持在地下连续墙设计顶标高一定范围内；
（5）沿成墙方向浇筑一定长度后，在处于流塑状态的超缓凝混凝土（10）中下插钢筋笼（11），并固定；
（6）重复步骤（4）-步骤（5）,直至施工至该直线段连续墙终点或者转角；
（7）将切割箱（1.1）、隔离装置（2）逐部提出地面并同步浇筑混凝土，使其填充拔出切割箱、隔离装置产生的空槽，直至全部切割箱、隔离装置提出地面，完成该直线段连续墙的施工。
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